...
Дипломна робота “Шкільна метеорологічна стан PDF Печать E-mail

Дипломна робота
“Шкільна метеорологічна стан
ція”

Зміст
Вступ............................................................................…..................................3
Розділ I. Проведення метеорологічних спостережень в школі....................5
1.1. Метеорологічна служба...................................................................5
1.2. Шкільні метеорологічні спостереження........................................11
1.3. Організація шкільних метеорологічних спостережень................20
1.4. Практичне використання шкільних метеорологічних спостережень.....................................................................................24
Розділ II. Методи дистанційного вимірювання метеорологічних факторів..............................................................................................................28
2.1. Структурна схема вимірювання......................................................28
2.2. Вимірювання температури..............................................................30
2.3 Вимірювання вологості повітря.......................................................33
2.4. Вимірювання атмосферного тиску.................................................35
2.5. Вимірювання освітленості...............................................................37
2.6. Вимірювання кількості дощових опадів........................................39
2.7. Вимірювання швидкості вітру........................................................40
2.8. Вимірювання напряму вітру............................................................41
Розділ III. Схема і конструкція шкільної метеорологічної станції..............42
3.1. Опис принципіальної схеми............................................................42
3.2. Деталі метеостанції..........................................................................48
3.3. Конструкція метеостанції................................................................50
3.4. Рекомендації щодо налагодження і експлуатації метеостанції...53
Список використаної літератури.................................................................56

Вступ.
Мета даної дипломної роботи полягає в конструюванні простої метеостанції, яка давала б можливість дистанційно вимірювати основні метеорологічні фактори: температуру і вологість повітря, атмосферний тиск, кількість дощових опадів, освітленість, напрям і швидкість вітру. При наявності такої метеостанції в школі чи іншому навчальному закладі може бути створений гурток юних метеорологів, який буде систематично слідкувати за станом погоди в даній місцевості і результати вимірювань метеорологічних факторів повідомляти відповідним установам служби погоди. Ця ланка дослідницької роботи, за нашими даними, в більшості шкіл знаходиться в занедбаному стані або повністю відсутня. Організація такого гуртка викличе в певної частини учнів цікавість до метеорології і буде стимулювати більш глибоке вивчення фізики та фізичної географії. В цьому полягає наша робоча гіпотеза.
Наукова новизна роботи полягає у використанні електронних методів вимірювання метеорологічних факторів і застосуванні для цього оригінальної схемотехніки.
Особистий вклад дипломника полягає в складанні електричних схем вимірювання, їх електричного розрахунку і конструюванні самої метеостанції. Результати роботи доповідались на студентській науковій конференції.
Практична цінність результатів і перспективи їх використання вказані у формулюванні робочої гіпотези.
Робота складається із вступу і трьох розділів. У першому розділі вказані основні метеорологічні фактори і методи їх вимірювання.
У другому розділі наводяться розроблені нами схеми вимірювання метеорологічних факторів і дається розрахунок цих схем.
В третьому розділі описана конструкція окремих вузлів і всієї метеостанції в цілому і дається методика її налагоджування і експлуатації.
Завершується робота висновками і списком використаної літератури.

Розділ I.
Проведення метеорологічних спостережень в школі.
1.1. Метеорологічна служба.
Не варто багато говорити про вплив погодних факторів на умови життя людства і всієї живої природи. Знання природних умов, а тим більше їх своєчасне прогнозування дає можливість врахувати негативний вплив їх на умови проростання і росту рослин, поведінку тварин, здоров’я і працездатність людей, а в багатьох випадках – і позбутись його.
Для дослідження і прогнозування метеорологічної обстановки створена Всесвітня Служба Погоди. Вона має розгалужену сітку наукових установ і спостережних пунктів, серед яких багато автоматичних. Автоматичні спостережні пункти періодично, чотири рази на добу, сповіщають науковим установам найважливіші метеорологічні фактори – атмосферний тиск, температуру повітря, вологість, швидкість і напрям вітру. В наукових установах ці фактори обробляються і їх результати наносяться на синоптичні карти. Така ж інформація поступає в наукові установи від обслуговуваних метеорологічних станцій і спостережних пунктів, притому, значно багатша. Широко використовуються також дослідження за допомогою метеорологічних зондів, літаків, висотних ракет і спеціальних штучних супутників Землі. На основі обробки надзвичайно великої кількості даних прогнозуються зміни погоди в конкретних регіонах.
В 1965 році в Москві на базі центрального інституту прогнозів і Метеорологічного обчислювального центру був створений Гідрометеорологічний центр СРСР. Провідне місце в його роботі посідає розвиток короткочасних гідродинамічних прогнозів погоди, засновником розробок яких був І.О. Кібель. Методи довгострокових прогнозів розробляються під керівництвом К.М. Блінової [1]. Гідрометцентр має свої філіали в Новосибірську і Обнінську.
В Україні діє свій Гідрометцентр, організований на базі Українського регіонального науково-дослідного інституту колишнього Держгідрометцентру, який знаходиться в Києві. Гідрометцентр складається з семи наукових відділів, двох польових експериментальних баз в с. Жовтневому Дніпропетровської області і в м. Богуславі на Київщині, має експериментальний метеорологічний полігон, літаки-лабораторії, використовує дані українського метеорологічного супутника ”Січ-1”. В ньому працює понад 600 чоловік.
Головні завдання Укргідрометцентру:
- вивчення закономірностей фізичних процесів в атмосфері та гідросфері, гідрометеорологічного режиму і агрометеорологічних умов України;
- розробка і вдосконалення засобів впливу на атмосферні процеси з метою збільшення природної кількості опадів та розсіяння хмар і туманів;
- розробка та впровадження в оперативну роботу нових методів метеорологічних, гідрологічних і агрометеорологічних прогнозів.
Крім того на території України діє розгалужена сітка метеорологічних станцій. В кожному райцентрі є своя метеостанція, а у великих містах їх діє по кілька. Є також спеціалізовані метеостанції – авіаметеорологічні, аерометеорологічні, військові  та ін.
Дані метеорологічних спостережень і прогнозів використовуються в багатьох галузях народного господарства [10]. Неоціненне значення вони мають для сільського господарства. Галузь метеорології, яка вивчає вплив погоди на розвиток рослин і тварин, називається агрометеорологією. Засновником її вважають П.І. Броунова, який вперше застосував метод паралельних спостережень за рослинами і погодою. Цей метод полягає у визначенні оптимальної кількості світла, тепла і вологи, потрібних рослинам для нормального розвитку в різних фазах росту. Велика кількість хмарних днів спричиняє нестійкість стебел, через що хліби вилягають. Якщо світла недостатньо, знижується цукристість буряків, винограду, яблук, зменшується кількість олії в насінні соняшників, білків – у зернах пшениці.
Крім світла, для розвитку рослин і тварин потрібне тепло. Оптимальні умови їх життя обмежуються біологічними максимумом і мінімумом тепла. Розвиток кореневої системи рослин, інтенсивність розчинення у воді і засвоєння поживних речовин великою мірою залежать від температури ґрунту і повітря. З підвищенням її до певної межі рослини добре розвиваються, а коли температура перевищує біологічний максимум – вони гинуть. Важливу роль відіграє і біологічний мінімум. Так, якщо температура ґрунту знижується до –16?С, озимина гине.
Не менше значення має і вологість повітря. Якщо вона недостатня, волокна льону стають ламкими, а в пшениці міститься надмір білків. Висока вологість сприяє виникненню і поширенню хвороб рослин.
Важливим фактором є вітер, він посилює випаровування вологи і сприяє ерозії ґрунтів, аж до утворення пилових бур. Суховії не тільки знижують якість зерна, а й спричиняють втрату врожаю на значних площах.
Великої шкоди завдають заморозки. Від них особливо страждають плодові дерева, квасоля, рис, гречка. Від граду найбільше потерпають сади, виноградники, баштанні культури.
За результатами спостережень агрометеорологічні станції і пости складають повідомлення і передають їх відповідним установам. Агрометеорологічні бюро за здобутою інформацією складають агрометеорологічні прогнози та попередження про несприятливі погодні умови.
Інша галузь метеорології – аерологія – займається дослідженням стану атмосфери на великих висотах. Зміни цього стану суттєво впливають на зміни погоди в приземному шарі. Крім того, його необхідно знати для польотів літаків і балістичних ракет, запуску штучних космічних апаратів, встановлення зв’язку на великі віддалі і т.п. На території України діє дев’ять аерологічних станцій і ще більше постів спостереження за вітром, типом і розташуванням хмар.
Найбільш ранні аерологічні спостереження проводились за допомогою повітряних зміїв – з 1894р в Блу-Хіллі (США) і з 1897р в Петербурзі [7]. Справжні аерологічні дослідження почались з винаходом аеростатів. Разом з приладами в повітря підіймались метеорологи. Підйоми на аеростатах не були регулярними і не давали можливості пояснити зміни властивостей атмосфери в часі. На початку ХХ ст. атмосферу почали вивчати з літаків.
В 1930р П.О.Молчанов сконструював перший у світі радіозонд. За допомогою гумової кулі, наповненої воднем, він підняв у повітря метеорограф і радіопередавач. Відтоді радіозонди посіли одне з головних місць в аерологічних спостереженнях. Чотири рази на добу в точно визначений час з усіх аерологічних станцій світу злітають радіозонди і передають відомості про стан атмосфери до висоти 20...30 км. Сучасні літаки-лабораторії працюють на висотах 5...15 км. Висоти до 300 км доступні метеорологічним ракетам, а ще більші (до 1500 км) – метеорологічним супутникам.
Велике значення мають спостереження за забрудненням атмосфери. Їх здійснюють спеціальні метеорологічні пости – стаціонарні, маршрутні і пересувні. Зараз встановлені гігієнічні норми для 160 шкідливих речовин і більш, як 620 хімічних реагентів у промисловості [2]. Кількість спостережних постів у містах, де наявне найбільше забруднення, залежить від кількості населення, рельєфу місцевості, рівня розвитку промислових підприємств, наявності курортних зон і місць відпочинку. В середньому один пост розрахований на 50 тис. населення,[2, 4, 10].

1.2. Шкільні метеорологічні спостереження.
Прогнози погоди , які регулярно повідомляє Гідрометцентр, дають середні значення метеорологічних факторів на порівняно великих територіях, площа яких складає  тисячі квадратних кілометрів (в Україні – Закарпаття, Захід, Центр, Північ, Південь, Крим). В той же час погодні умови в окремих пунктах таких територій можуть суттєво відрізнятись. Навіть в межах окремого населеного пункту в один і той же час погода може бути неоднаковою.
Суттєвим доповненням до повідомлень Гідрометцентру можуть бути спостереження і прогнози місцевих метеостанцій, до яких відносяться і шкільні. Звичайно, по оснащеності вимірювальними приладами і деталізації спостережень шкільна метеостанція не може конкурувати з державною, але в більшості випадків даних, отриманих шкільною метеостанцією достатньо для короткотермінового прогнозування погодних умов даної місцевості.
Для організації шкільної метеорологічної станції необхідно перш за все вибрати майданчик. Розміри його повинні бути не менше 10х12 м2, поверхня землі – горизонтальна, покрита травою (бажано засіяти її травою, щоб не було пилу). Майданчик огороджується штахетним парканом, хвіртка встановлюється з північного боку. Поблизу майданчика не повинно бути високих будинків, дерев та інших предметів, які спотворювали б роботу флюгера. Цього легко досягти в сільській місцевості, і саме там найбільш необхідні метеорологічні спостереження. Бажано, щоб з майданчика був видимий весь горизонт. Бажано також визначити географічні координати майданчика (широту, довготу, висоту над рівнем моря). На майданчику необхідно визначити напрям полуденної лінії (за допомогою гномона).
З приладів у першу чергу необхідні: годинник, який показує місцевий середньо сонячний час, дощомір, психрометр Августа, волосяний гігрометр, мінімальний і максимальний термометри, флюгер Вільда. При наявності цих приладів шкільна метеостанція прирівнюється до державних метеостанцій II розряду [10].
Дощомір і флюгер розміщуються ближче до кутків майданчика. Дощомір встановлюється на дерев’яному стовпі висотою 2 м, біля якого встановлюється драбинка з площадкою. Флюгер встановлюється на дерев’яній або металевій щоглі висотою 10...12 м. Для стійкості і зменшення коливань щогла повинна мати два яруси відтяжок.
Останні прилади (крім годинника) розміщуються в психрометричній будці, при цьому кульки термометрів психрометра повинні знаходитись на висоті 2 м над землею [9]. Стінки, двері і дно будки повинні бути жалюзійними. Біля будки теж встановлюється драбина з площадкою. Виготовлення будки, яка б задовольняла вимогам стандартів є найважчою операцією. Доцільно скористатись порадами, наведеними в [3]. Там же дані поради, щодо виготовлення інших метеорологічних приладів, включаючи флюгер.
Спостереження слід проводити чотири рази на добу – о 7, 13, 19 і 21 годинах за місцевим часом. Спостереження повинні  бути систематичними і своєчасними,  пропуски спостережень не допускаються. Для спостережень в темну пору доби слід користуватись електричним ліхтарем. Він повинен бути достатньо потужним, щоб можна було освітити флюгер.
На перших порах організації метеорологічної станції можна обмежитись неінструментальними спостереженнями природних явищ. До них відносяться:
1.    Хмарність оцінюється за 10 – бальною шкалою. Чисте небо відповідає 0 балів, повністю затягнуте хмарами – 10 балів. Необхідно вказувати тип хмар – перисті, шаруваті, купчасті і їх комбінації. Якщо хмарність повільно мінлива – вказувати час видимості сонця на протязі дня (час сяяння, на державних станціях реєструється геліографом).
2.    Дощові опади . Вказується тип і тривалість дощу – короткочасний, обложний, мжичка, зливовий.
3.    Туман - суцільний , поземний (до 2 м), піднятий, льодяний, серпанок. При можливості вказується час існування туману.
4.    Роса – інтенсивність і час зникнення.
5.    Сніг – звичайний, зливовий (при мінливій хмарності), мокрий, снігова крупа, снігові зерна, льодяні голки.
6.    Град – інтенсивність, розміри градин, чергування з дощем.
7.    Іній, наморозь, ожеледь – товщина снігу або льоду на гілках і предметах.
8.    Заморозок – інтенсивність, час існування.
9.    Гроза – інтенсивність, тривалість. Сюди ж відносяться далека гроза (на віддалі більше 3 км: проміжок часу між блискавкою і першим ударом грому більший від 10 с), а також блискавиця, коли грому не чутно.
10.    Райдуга – інтенсивність, одинарна чи подвійна, час існування.
11.    Круги навколо Сонця і Місяця.
12.    Напрям і сила вітру. Без флюгера напрям можна визначити за відхиленням диму або паперової смужки. Силу вітру приблизно визначають за шестибальною системою: 1 бал – слабкий вітер – злегка відхиляється дим, ворушиться паперова смужка. 2 бали – помірний – рухається листя і тонкі гілки дерев. 3 бали – свіжий – гойдаються гілки. 4 бали – сильний – гойдаються тонкі дерева. 5 балів – буря – гойдаються великі дерева. 6 балів – ураган – руйнівний вітер.
13. Шквал, вихор, водяний смерч. Відмічається частота поривів вітру, частота появи вихорів. Водяні смерчі на території України – рідкісне явище.
Всі ці явища заносяться до спеціального блокноту за допомогою умовних значків, які можна отримати на районній метеорологічній станції чи в посібниках з метеорології. На підставі систематичних спостережень можна робити висновки про світлову, дощову, снігову, вітрову обстановку в даній місцевості і на підставі отриманих даних приблизно прогнозувати особливості розвитку рослин, строки сівби і збирання врожаю. Звичайно, для цього потрібні хоча б елементарні  знання з агротехніки.
Коли шкільна метеорологічна станція буде оснащена приладами першої необхідності, можна робити інструментальні спостереження, які мають значно більшу цінність. Сюди відносяться наступні вимірювання:
1.    Кількість дощових опадів. Найточніше вона вимірюється стандартним дощоміром. При його відсутності можна скористатися консервною банкою з плоским дном. Площу дна необхідно обчислити. Банка встановлюється на дощомірному стовпчику, на висоті 2 м над землею і надійно закріплюється, щоб вітер її не скинув. Банку слід оточити металевим чи пластмасовим конусом (захист Ніфеля), так щоб вінець конуса був вище верхнього краю банки на 10...15 см. Замість суцільного конуса можна використати 8...10 окружних трапецієподібних пелюсток. Визначати кількість дощових опадів потрібно з точністю до 1 мм (1мм відповідає випаданню 10 т води на гектар). Для цього воду з банки переливають в мензурку з відомою площею дна і на основі пропорції визначають фактичну висоту води в банці. Можна також в середині банки закріпити міліметрову шкалу на віддалі не менше 2 мм від стінки. Визначення кількості опадів виконується 4 рази на добу в раніше вказані години. Якщо дощ тривалий, визначається сумарна кількість опадів за добу.
2.    Висота снігового покриву визначається снігомірними рейками. Стаціонарна рейка встановлюється на майданчику на віддалі не менше 1 м від огорожі та інших приладів, щоб позбутись завихрень. Для визначення висоти снігового покриву в інших характерних точках місцевості (низини, вибалки і т.п.) користуються переносними рейками.
3.    Температура повітря визначається за показами сухого термометра психрометра і додатково контролюється мінімальним та максимальним термометрами після їх струшування. Термометри психрометра, а також максимальний термометр повинні бути ртутними, а мінімальний – спиртовим без забарвлення спирту. Не допустимо користуватись побутовими термометрами або термометрами більш ніж 10-річної давності з дня виготовлення. Через депресію скла їх покази будуть невірними [2]. Температуру бажано визначати з точністю до 0,1?С.
4.    Вологість повітря визначається психрометром і волосяним гігрометром. Покази гігрометра менш точні, але зимою, коли замерзає вода вологого термометра, це єдиний метод визначення вологості. Відмітимо, що матерія, якою обгортається кулька вологого термометра, повинна бути обов’язково батистовою.
5.    Мінімальна і максимальна температура визначається за показами мінімального і максимального термометрів. Ці термометри встановлюються в психрометричній будці перед психрометром. Їх положення горизонтальне. Записуються покази максимального термометра до і після струшування. Для мінімального термометра записується положення кінця спиртового стовпчика і штифта.
6.    Напрям і сила вітру визначаються за показами флюгера. Для напряму вітру на метеостанціях II розряду користуються 8 – румбовою шкалою (Пн – ПнС – С – ПдС – Пд – ПдЗ – З – ПнЗ ). Силу вітру визначають за вітровою дошкою флюгера. Якщо вітер поривчастий, записують мінімальне і максимальне відхилення дошки.
Для подальшого розвитку шкільної метеостанції необхідно придбати барометр-анероїд, ґрунтові термометри Савінова, строковий термометр, глибинні витяжні термометри. При можливості бажано придбати також самописні прилади – барограф, термограф, гігрограф. Останні встановлюються в окремій будці із жалюзійними стінками.
Використовувати побутові барометри не допустимо, їх похибки можуть перебільшувати 10%. Через те, що на покази анероїда впливає, крім тиску, і температура, він встановлюється в приміщенні школи, де температура постійна. Анероїд має дві шкали – в мм ртутного стовпчика і гектопаскалях (в старих барометрах в мілібарах). Записувати потрібно покази по обох шкалах. Точніше вимірює атмосферний тиск ртутний барометр, але його використання в школах заборонено.
Строковий термометр розміщується горизонтально на поверхні ґрунту (не трави). Термометри Савінова – на глибинах 5, 10, 15 і 20 см. Ці термометри повинні бути додатково огородженими, щоб випадково їх не пошкодити. Ними користуються тільки в теплу пору року. Глибинні термометри встановлюють на глибинах 20, 40, 80, 160 і 320 см, для чого в ґрунті пробурюють шурфи. Ними користуються протягом цілого року.
При такому оснащенні метеостанції слід обов’язково визначати еквівалентну температуру повітря, тобто температуру, яку б мало повітря, якби наявна в ньому волога сконденсувалась, а виділена при цьому теплота пішла б на нагрівання сухого повітря.
Еквівалентну температуру визначають за формулою [2, 5, 6, 10]
,                                  (1.1)
де t – показ термометра, P – тиск в гектопаскалях, В – абсолютна вологість в ГПа. Орієнтовно можна користуватись спрощеною формулою
,                                        (1.2)
якщо абсолютна вологість виражена в мм ртутного стовпчика.
Знання еквівалентної температури дозволяє судити про умови, в яких сформувалась та чи інша маса повітря (місцеве повітря, чи надходять його порції, сформовані в інших районах). Такі висновки на підставі обчислень і порівнянь може зробити тільки науково-дослідна установа.
На закінчення відмітимо, що працівники шкільної метеостанції можуть також визначати товщину льодового покриву на місцевих водоймах (ставки, озера, річки). При цьому обов’язково слід дотримуватись правил безпечного виконання робіт на льоду.

1.3. Організація шкільних метеорологічних спостережень.
Для проведення метеорологічних спостережень в школі організується гурток юних метеорологів. Перші знання з метеорології учні отримують при вивченні фізичної географії в VII класі і далі поповнюють їх при вивченні фізики в VII класі. В наступних класах метеорологічним факторам надається мало уваги, тільки в Х класі вивчаються методи вимірювання вологості повітря і даються короткі відомості про блискавку.
Виходячи з цього можна вважати, що основний склад гуртка повинні становити учні VI – VII класів. Звичайно, в роботі гуртка можуть приймати участь і учні старших класів. А от залучення до гуртка учнів IV – V класів вважається недоцільним [5, 6, 7], оскільки робота гуртка повинна мати не тільки навчальне, а й службове значення.
В організації гуртка повинні передувати бесіди вчителя про зміст і практичне використання метеорології, розраховані на привернення уваги учнів до цього предмету, виявлення учнів, що показали схильність до метеорології, і створення ініціативної групи, яка надалі повинна проявити максимальну самодіяльність. Як справедливо вказує І.М. Пучков [7], в кожному класі завжди є група ентузіастів, яка цікавиться всіма питаннями шкільного життя, і навчальними, і суспільними, ця група учнів бере участь у всіх міроприємствах, що проводяться класом, школою. Саме ці учні повинні становити ядро гуртка.
Успіх роботи гуртка залежить від правильної його організації. В.І. Поріцький [6] рекомендує створювати гурток з “дійсних членів” і “аматорів метеорології”. Ініціативна група повинна складатися з учнів VI класу, але гурток залучає і старших, причому, серед них відразу треба організувати змагання за здобуття почесного звання дійсного члена гуртка. Умовами обрання в дійсні члени повинні бути прочитання на засіданнях гуртка не менше двох рефератів популярних робіт з метеорології, активна участь в спостережній роботі, обробці і узагальненні спостережень. Дійсним членом гуртка може стати тільки той, хто освоїв спостереження за програмою шкільної метеорологічної станції.
Особливістю метеорологічної роботи є її розміреність, безперервність у спостереженнях, негайна обробка поточних спостережень, систематична і безперебійна інформація обслуговуваних потреб відомостями, здобутими від спостережень, і взагалі – найсуворіша дисципліна. Учні повинні все це цілком ясно усвідомлювати і, записуючись в гурток, брати відповідні зобов’язання.
При розподілі обов’язків неодмінно треба брати до уваги, чи далеко живе школяр від школи, чи може він розпоряджатися своїм позакласним часом і, звичайно, його нахили.
Основним змістом роботи гуртка повинно бути:
1.    Розширення вивчення основ метеорології. Програмою-мінімумом повинно стати прагнення добитися такої міри метеорологічної грамотності учнів, при якій всяке метеорологічне явище, будь-яка зміна умов погоди і спричинювані ними наслідки були б зрозумілі учневі; щоб він мав правильні уявлення про погодоутворення, вмів на основі записів метеорологічних спостережень уявити собі стан погоди. Досягається це систематичними лекціями керівника гуртка і обговоренням рефератів учнів.
2.    Основні спостереження над погодою на метеорологічному майданчику. Ці спостереження треба робити в загальноприйняті в метеорології терміни з точним дотриманням інструкцій.
3.    Ведення “щоденників погоди” (неінструментальних спостережень).
4.    Спеціальні спостереження: по службі спостереження про приморозки, фенологічні спостереження, агрометеорологічні спостереження і снігомірні знімання.
5.    Служба інформації: ведення “дошки погоди”, розсилання бюлетенів погоди і передача їх засобами зв’язку, приймання по радіо чи телебаченню прогнозів погоди і поширення їх.
6.    Спеціальні дослідження: вивчення впливу водойми на волого-тепловий режим навколишньої місцевості, впливу полезахисних лісосмуг, волого-теплових умов в шкільних приміщеннях.
7.    Популяризація метеорології.
Самі тільки загальнометеорологічні спостереження, без надання їм яскравого практичного значення, не зможуть захопити учнів. Тому потрібне включення в програму роботи гуртка служби попереджень заморозків, спостережень над сезонними явищами природи (фенологічні спостереження), спостережень за посівами і снігомірних знімань, взяття і аналіз проб повітря і т.п.
Щоб відомості, які отримує гурток і його станція, систематично передавались в розпорядження осіб, зацікавлених в цьому, рекомендується регулярний запис спостережень (крейдою) на спеціальних “дошках погоди” і розсилка щоденних бюлетенів. Для надання цим зведенням гуртка ще більшої цікавості корисно доповнювати їх прогнозами погоди.
У школі, життя якої підпорядковане тижневому режимові, чергування по станції призначають теж тижневі. Проводить їх група з 2...3 чоловік, серед яких один повинен бути дійсним членом гуртка. Хоча б один з членів гуртка повинен проживати не далеко від школи, щоб мати можливість зробити спостереження о 7 годині ранку і о 21 годині вечора. Зимою ці години припадають на темний час доби. Пізніше останні члени групи повинні перевірити записи спостережень і при потребі доповняти або виправляти їх. Колективною перевіркою викликається дуже корисне знання в спостережливості і підвищується надійність спостережень.

1.4. Практичне використання шкільних метеорологічних спостережень.
Керівник метеорологічного гуртка повинен подбати, щоб результати його спостережень не замикались в самому гуртку, а були доступними для практичного використання. З цією метою слід підтримувати постійний зв’язок з районною метеостанцією, керівними органами міста чи району, сільськогосподарськими підприємствами, підприємствами транспорту і зв’язку. Потрібно пам’ятати, що навіть найпростіші неінструментальні спостереження, якщо вони виконані ретельно, мають практичну цінність.
Можна виділити наступні шляхи використання шкільних метеорологічних спостережень:
1.    Служба інформації. Систематизовані метеорологічні спостереження, виконані з дотриманням інструкцій, являють собою своєрідні “протоколи погоди”. Аналізуючи їх, керівництво підприємства може зробити висновки про свої прорахунки в організації робіт при даних погодних умовах і не повторювати їх в майбутньому. При наявності в гуртка дощомірної установки дані її будуть вже цікаві і для загальнодержавної організації – Гідрометеослужби, яка здійснює інформацію урядових органів за даними великої кількості спостережних точок. Наявність при школі метеорологічної станції ІІ розряду дасть можливість поставити інформацію на таку висоту, що діяльністю школи зацікавляться численні організації, яким потрібні дані про погоду.
В школі необхідно встановити “дошку погоди” – звичайну чорну дошку, розграфлену білою фарбою, на якій фіксуються основні метеорологічні фактори на кожен термін спостереження. Крім такої дошки корисно вести графік погоди, на якому буде видима тенденція зміни метеорологічних факторів – температури, тиску, вологи і т. д. І дошку і графік треба заповнювати два рази на день – ранком за 19 і 21 години минулого дня і 7 годину цього, і вдень – на 13-у годину. Основне завдання графіка полягає в тому, що він дає добре уявлення про погоду у всіх її переливах, в русі, і, крім того, допомагає усвідомити взаємний зв’язок метеорологічних елементів.
Проте дошка і графік доступні для огляду небагатьом, щоб розширити інформаційну роботу станції, бажано розсилати зацікавленим організаціям бюлетені погоди та інформувати населення по місцевому радіомовленню.
2.    Прогноз погоди. Уточнення прогнозу погоди, який передає Гідрометцентр, на конкретну місцевість в багатьох випадках може бути здійснене шкільною метеорологічною станцією. Для цього можуть бути використані як дані вимірювань метеофакторів, так і науково обґрунтовані прикмети, з якими юні метеорологи обов’язково повинні бути обізнані. Необхідно пам’ятати, що при зміні погоди змінюються більшість метеофакторів.
В природі спостерігається деяка тенденція до збереження умов погоди, своєрідна “погодна інерція”. І непогода і суха ясна погода спостерігаються періодами, тримаються деякий час і частіше змінюються повільно, хоч в деяких випадках спостерігаються переломи, стрибки. Найбільш загальними правилами можна вважати такі. В ясну суху погоду падіння барометра свідчить про ослаблення антициклону і про можливі зміни погоди на негоду, але тільки в тих випадках, коли падіння барометра буває систематичним і тривалим.
3.    Завбачення заморозків. Основні правила прогнозування заморозків такі. Якщо о 21 годині вологий термометр показує в квітні більше 6?, в травні - червні – більше 5?, в серпні – вересні – більше 6?,  небезпеки заморозку немає. Якщо о 21 годині випадання роси відбувається при температурі повітря, нижчій 2?, то при безхмарному небі і безвітрі можна чекати нічного заморозку. Поява роси при вищих температурах, а також утворення ввечері туману знижує імовірність появи заморозку. Заморозки частіше розвиваються в сухому повітрі і на сухому ґрунті, в низинах частіше, ніж на підвищеннях. Небезпеку заморозків зменшує також вітер.
Імовірність заморозків можна оцінити за методом Міхалевського. Для цього обчислюється нічний мінімум температури повітря за формулою
,                                         (1.3)
або температури поверхні ґрунту
,                                          (1.4)
де   - покази вологого термометра о 13 годині,   - температура повітря о 13 годині,   - коефіцієнт, який залежить від вологості повітря. Він вибирається з таблиць.
Якщо обчислення дають  , заморозку не буде. При   заморозки можливі. При   заморозки неминучі. Все ж проконтролювати ці висновки бажано при вечірніх спостереженнях за методикою, наведеною вище. Існує інший складний метод Броунова прогнозування заморозків.

Розділ II.
Методи дистанційного вимірювання метеорологічних факторів.
2.1. Структурна схема вимірювання.
В основу дистанційного вимірювання метеорологічних факторів покладений загальний принцип вимірювання неелектричних величин електричними методами. Структурна схема такого вимірювання наведена на мал. 2.1.

П   

Мал 2.1.
За допомогою датчика Д метеорологічний фактор перетворюється в постійний або змінний струм. Цей струм підсилюється підсилювачем П і подається на реєструючий пристрій Р.П. Конструкція датчика вибирається в залежності від характеру метеофактора і принципу перетворення. Підсилювач може і не застосовуватись, якщо сила струму чи напруга достатні для забезпечення роботи реєструючого пристрою. Реєструючий пристрій може бути показуючим (стрілочним або цифровим) або записуючим (автоматичний потенціометр чи місток). Для шкільної метеостанції доцільно використовувати стрілочний реєструючий пристрій як найбільш доступний і дешевий.
З усіх метеорологічних факторів не піддаються дистанційному вимірюванню хмарність та максимальні і мінімальні температури. Замість хмарності можна вимірювати освітленість. Хоч тип і розташування хмар при цьому лишаються невідомими, але освітленість все-таки зв’язана з хмарністю, хоч і неоднозначно. Всі інші метеофактори можна вимірювати дистанційно. Це позбавляє юних метеорологів від необхідності тривалого перебування на майданчику (на морозі чи під дощем).
Відмітимо, що замість реєструючого пристрою на метеостанціях вищого розряду використовуються комп’ютер, який не тільки реєструє, а й обробляє дані спостережень. В цьому випадку між підсилювачем і комп’ютером ставиться аналого-цифровий перетворювач (АЦП). На метеостанціях другого розряду така методика ще не набула поширення.

2.2. Вимірювання температури.
Датчиком для вимірювання температури може слугувати терморезистор або термопара. Відносно термопари зауважимо, що вона реагує не на саму температуру, а на різницю температур гарячого і холодного спаїв. В умовах метеорологічного майданчика обидва спаї знаходяться при однаковій температурі, тому сигнал на виході відсутній. Можна звичайно, використати диференціальну термопару , розмістивши один спай в метереологічній будці, а другий в термостаті з температурою 0°С. Це веде до значного ускладнення вимірювальної схеми, необхідності постійного нагляду за нею і використання високостабільного підсилювача постійного струму. Перевагою термопари є лінійна залежність термоелектрорушійної сили від різниці температур спаїв.
У зв’язку із сказаним значно частіше в ролі датчиків використовуються терморезистори, хоч у них залежність опору від температури нелінійна. Терморезистор можна вмикати за одною із схем, наведених на мал. 2.2.





В схемі мал. 2.2а при зміні опору терморезистора Rt змінюється сила струму в колі:
,                                                   (2.1)
де RA – опір міліамперметра. Схема характерна низькою чутливістю і різкою нелінійністю шкали температур.
В схемі 2.2б вимірюється спад напруги на еталонному резисторі R:
,                                                  (2.2)
де R’ =R RA/(R+RA). Шкала температур теж різко нелінійна і чутливість недостатня.
Схема 2.2в – мостова. Можна показати, що струм через міліамперметр рівний:
,                                     (2.3)
Аналітично залежність I(Rt) досить складна, але графічно вона близька до лінійної. Враховуючи ж, що
,                                                (2.4)
отримаємо шкалу, близьку до експоненціальної.
Нарешті схема 2.2г – балансна. Використовуючи метод накладання, можна показати, що струм через міліамперметр рівний:
,                                        (2.5)
Вибираючи  Rt>>RA i R>>RA і розкладаючи (2.4) в ряд, отримаємо:
,                                                         (2.6)
тобто, шкала температур близька до лінійної. Саме тому балансна схема набула найбільшого поширення. Необхідно тільки забезпечити  , тобто, використовувати двополярний стабілізатор напруги.

2.3 Вимірювання вологості повітря.
Відомо, що при зміні вологості повітря змінюється довжина знежиреної волосини. Ця властивість волосини використовується в конструкції волосяного гігрометра. Аналогічну властивість, яскравіше виражену, має капронова нитка [6]. Це чи не єдині датчики вологості.
Для дистанційного вимірювання вологості за допомогою капронової нитки переміщується осердя котушки L1 (мал. 2.3). Міліамперметр ввімкнений в діагональ балансної схеми, яка живиться пульсуючим струмом. Вторинна обмотка трансформатора Т розбита на дві однакові секції IIa i IІб. Напруги на секціях однакові. Для того, щоб можна було використати
міліамперметр магнітоелектричної системи, як найбільш чутливий, змінна напруга випрямляється діодами VD1 і VD2, але не згладжується. По котушках L1 і L2 протікають пульсуючі струми. Котушка L2 використовується для температурної стабілізації схеми і її налагоджування. Переміщенням осердя цієї котушки стрілку міліамперметра виводять на поділку, яка відповідає фактичній відносній вологості повітря. Після цього осердя фіксується.
Якщо використовувати міліамперметр змінного струму, діоди VD1 і VD2, можна видалити. На жаль міліамперметри змінного струму мають нерівномірну шкалу і недостатню чутливість.

2.4. Вимірювання атмосферного тиску.
Датчиками атмосферного тиску для шкільної метеостанції можуть бути вугільний мікрофон, барометрична мембрана або сильфон. Вугільний мікрофон може бути ввімкнений в одне із плеч схем мал. 2.2в,г замість терморезистора. При зміні атмосферного тиску змінюється щільність вугільного порошку, а це призводить до зміни його опору. Зміна опору з достатньою точністю описується законом:
,                                              (2.7)
тобто опір обернено пропорційний до тиску.
Мікрофонний датчик має суттєвий недолік. Якщо, наприклад, тиск почне збільшуватись, то вугільний порошок буде ущільнюватись, і опір мікрофона буде зменшуватись. Якщо потім тиск почне зменшуватись, то ущільнений порошок залишиться в попередньому стані, і опір мікрофона змінюватись не буде. Для відновлення опору мікрофон необхідно легенько струсити.
Барометрична мембрана і сильфон вільні від цього недоліку завдяки своїй пружності. Принцип дії барометричної мембрани відомий з шкільного курсу фізики. Сильфон являє собою гофровану тонкостінну металеву трубку, кінці якої закриті герметичними заглушками (мал. 2.4). В середині сильфона може бути створене невелике розрідження.
Схема вимірювання атмосферного тиску за допомогою мембрани чи сильфона така ж, як і для вимірювання вологості, тільки осердя котушки
сполучається з сильфоном жорсткою дротиною. В схемі (мал. 2.3) котушки L1 і L2
міняються місцями, оскільки при збільшенні тиску осердя буде витягуватись з котушки. Налагоджування схеми таке ж, як і при вимірюванні вологості.

2.5. Вимірювання освітленості.
Датчиками для вимірювання освітленості можуть бути фоторезистори або напівпровідникові фотоелементи (вакуумні фотоелементи потребують високих напруг живлення і мають низьку чутливість). Перевагою фотоелементів є лінійна залежність фотоструму від освітленості, недоліками – значна селективність, невеликий діапазон вимірюваних освітленостей і дефіцитність. Фоторезистори мають нелінійну люкс-амперну характеристику, але можуть працювати у великому діапазоні освітленостей. Нелінійність характеристики є навіть позитивною рисою. На протязі доби освітленість може змінюватись від нуля до десятків тисяч люксів, і рівномірна шкала приладу була б недоцільною.
Вимірювання освітленості можна здійснювати за простою схемою, показаною на мал. 2.5. Сила струму, яку фіксує міліамперметр, рівна:
,                   (2.8)
Світлова характеристика фоторезистора наведена на мал. 2.6. Ділянки АВ і СД майже прямолінійні.
На ділянці АВ Rф>>RA, тому при малих освітленостях
,                                                     (2.9)
і шкала приладу гіперболічна. На ділянці СД потрібно користуватись виразом (2.8), оскільки тут Rф того ж порядку, що й RA. Шкала париладу получається більш розтягнутою.

2.6. Вимірювання кількості дощових опадів.
Датчиком в цьому випадку є циліндрична склянка з двома електродами. Найбільшу точність вимірювань забезпечують циліндричні електроди (мал. 2.7 в розрізі).
Плоскі електроди через спотворення електричного поля на краях вносять
значну похибку, особливо при невеликих опадах.
Дощова вода проводить електричний струм. Опір водяного стовпа при циліндричних електродах обернено пропорційний до його висоти, тому шкала приладу рівномірна. Питомий опір води
в даній місцевості практично постійний. Температурною залежністю опору самого датчика можна знехтувати, якщо його зашунтувати невеликим опором.
Необхідно пам’ятати, що вода, яка утворюється у верхніх шарах тропосфери, є дистильованою і має дуже малу електропровідність. Помітної електропровідності дощові краплини набувають в приземних шарах внаслідок поглинання домішок (пилу, молекул окислів з подальшим утворенням солей і кислот).
Датчик дощоміра вмикається в балансну схему мал. 2.2г.

2.7. Вимірювання швидкості вітру.
Для вимірювання швидкості вітру використовуються генераторні або індуктивні датчики. В найпростішому випадку можна використати двигун від дитячої іграшки, насадивши на його вал пропелер. Напруга такого генератора пропорційна до частоти обертання ротора, яка в свою чергу, пропорційна до швидкості вітру. Тільки при малих швидкостях тертя колектора об щітки порушує цю пропорційність.
Доцільніше використовувати безконтактні генератори змінного струму, в яких обертається магніт, а обмотки нерухомі. Безпосереднє випрямлення змінного струму неможливе, бо при малих напругах (менше 0,5В) напівпровідникові діоди мають великий прямий опір. Тому між генератором і реєструючим пристроєм необхідно вмикати підсилювач напруги. Він повинен мати лінійну амплітудну характеристику. Можна також використати індуктивний датчик-котушку з феромагнітним осердям. З валом пропелера зв’язується невеликий постійний магніт, який при кожному оберті проходить біля котушки. За рахунок електромагнітної індукції в котушці наводиться електрорушійна сила і після підсилення подається на реєструючий пристрій.

2.8. Вимірювання напряму вітру.
Для вимірювання напряму використовується датчик (мал. 2.8.). На вал флюгера надівається диск з виступом (на малюнку заштрихований).
Біля диску по колу розміщуються нормально розімкнуті контакти, їх повинно бути не менше восьми, на малюнку показані тільки чотири. При обертанні флюгера, коли він встановлюється по напряму вітру, виступ диска замикає відповідну пару контактів, і сигнальна лампа HL загоряється.
Для підвищення надійності і економічності замість звичайних контактів краще використати герметичні (геркони), а замість ламп – світлодіоди. Герметичні контакти замикаються магнітом, який кріпиться до диска.

Розділ III.
Схема і конструкція шкільної метеорологічної станції.
3.1. Опис принципіальної схеми.
За допомогою цієї метеостанції можна вимірювати:
– температуру повітря від – 40°С до + 50°С;
– дощові опади до 100 мм;
– відносну вологість від 20 до 100%;
– освітленість від 150 до 15000 лк;
– атмосферний тиск від 710 до 800 мм рт. ст.;
– швидкість вітру до 20 м/c;
– напрям вітру з точністю до 45°.
Метеостанція складається з двох блоків – блоку датчиків, який встановлюється надворі, і вимірювального блоку, який встановлюється в приміщенні. Блоки сполучаються між собою 20-жильним кабелем. Живиться метеостанція від сітки змінного струму напругою 220 В і споживає потужність 10 Вт. Принципіальна схема станції подана на малюнку 3.1.
Трансформатор Т1 понижує напругу з 220 до 13 В. Його вторинна обмотка має вивід від середини, в результаті чого на виводах 3 і 5 отримується двофазна напруга 6,5 В. На діодах V3 і V5 зібраний випрямляч цієї напруги. Конденсатор С3 згладжує пульсації випрямленої


напруги. На транзисторах V8 і V9, стабілітроні V10 і резисторах R7 і R8 зібраний компенсаційний стабілізатор напруги. На виході стабілізатора (емітер транзистора V8) стабілізована напруга становить + 4,7 В. Це досягається відповідним вибором стабілітрона V10.
На діодах V1 і V6 зібраний другий двопівперіодний випрямляч від’ємної напруги. Вона стабілізується параметричним стабілізатором на стабілітроні V7 і резисторі R3. Стабілізована від’ємна напруга рівна – 4,7 В. Вказані напруги використовуються для живлення балансних схем. Конденсатори С1 і С2 потрібні для згладжування від’ємної випрямленої напруги.
На транзисторах V11 і V12 зібраний підсилювач сигналу вимірювача швидкості вітру. Сигнал на базу транзистора подається з датчика (котушка L1) через роздільний конденсатор С6. Конденсатор С5 порівняно невеликої ємності відводить від бази високочастотні наводки, які можуть з’явитись у з’єднувальному кабелі. Резистором R11 задається необхідне зміщення на базу (встановлюється початкова напруга  ). Резистор R12 є колекторним навантаженням транзистора, на ньому виділяється підсилений сигнал. Резистор R13 забезпечує температурну стабілізацію транзистора і створює негативний зворотний зв’язок, необхідний для розширення смуги пропускання першого каскаду підсилювача.
Через конденсатор С7 сигнал, підсилений першим каскадом, подається на другий каскад для подальшого підсилення. Другий каскад зібраний на транзисторі V12. Порівняно з першим каскадом його особливість полягає в наявності двох негативних зворотних зв’язків, створених резисторами R14 і R16. Це збільшує стійкість роботи підсилювача і розширює його смугу пропускання. R15 – резистор колекторного навантаження.
Загальний коефіцієнт підсилення всього підсилювача близько 50. Через конденсатор С8 з виходу підсилювача сигнал подається на випрямляч, зібраний за схемою подвоєння напруги на діодах V13 і V14. Конденсатор С10 згладжує пульсації випрямленої напруги. Резистор R17 і конденсатор С9 утворюють інтегруючу ланку. Вона необхідна для зменшення коливань стрілки мікроамперметра РА1 при малих швидкостях вітру.
Перемикачами S3...S10 вибирається для вимірювання той чи інший метеорологічний фактор, а також здійснюється контроль випрямленої напруги. Прослідкуємо процес проходження струму при натискуванні кнопки кожного з перемикачів.
1. Контроль напруги. Натиснута кнопка перемикача S1. Струм від катода діода V3 через додатковий резистор R6, замкнуті контакти S3, нормально замкнуті контакти останніх перемикачів підходить до мікроамперметра РА1. Мікроамперметр ввімкнений вольтметром, і його покази залежать від опору резистора R6. Цей опір підбирається таким чином, щоб вольтметр показав напругу 6,5 В.
2. Вимірювання температури повітря. Натиснута кнопка перемикача S4. Мікроамперметр вмикається в балансну схему, утворену резисторами R1, R2, R29. Останній і є датчиком температури. Він встановлений у блоку датчиків і до схеми приєднується контактами 2 і 21 розйомів Х2 та Х3. При натискуванні кнопки замикається нижня пара контактів і перемикається верхня. При цьому сполучаються між собою резистори R1 і R29, а мікроамперметр приєднується до змінного резистора R2. Від плюса струм проходить через датчик R29 і мікроамперметр на загальний провід, від мінуса – через резистори R1, R2 і мікроамперметр. Резистором R2 змінюється чутливість схеми і, отже, межі вимірювання температур.
3. Вимірювання кількості дощових опадів. Натиснута кнопка перемикача S5. Утворюється аналогічна балансна схема, складена резисторами R4, R5, R9, R10, R30. Останній є датчиком кількості опадів, він встановлений у блоці датчиків і до схеми приєднаний через контакти 4 і 21 розйомів. Паралельно до датчика приєднаний ланцюжок резисторів R9, R10. Він запобігає пошкодженню мікроамперметра при сухому датчику. Проходження струмів аналогічне до попереднього випадку. Резистором R5 змінюється чутливість схеми.
4. Вимірювання швидкості вітру. Натиснута кнопка перемикача S6. Нижньою парою контактів до входу підсилювача приєднаний датчик L1, верхньою – мікроамперметр. При обертанні валу вітроміру постійний магніт періодично проходить над котушкою, і в ній виникає електрорушійна сила індукції, пропорційна до швидкості вітру. Після підсилення вона подається на мікроамперметр.
5. Вимірювання напрямку вітру. Натиснута кнопка перемикача S7. Від плюса випрямляча струм проходить через один з резисторів R18...R25, один з світлодіодів V15...V22, один з герконів S11...S18 на загальний провід. З валом флюгера сполучений постійний магніт. Коли він розташовується над герконом, контакти геркона замикаються і засвічується відповідний світлодіод.
6. Вимірювання вологості повітря. Натиснута кнопка перемикача S8. Утворюється балансна схема з V2, V4, котушок L2, L3, змінного резистора R26 і мікроамперметра. Котушка L2 є датчиком вологості. Через діоди V2 і V4 схема живиться пульсуючим струмом. Резистором R26 встановлюються межі вимірювання вологості. Котушка L3 здійснює термокомпенсацію схеми.
7. Вимірювання атмосферного тиску. Натиснута кнопка перемикача S10. Утворюється аналогічна балансна схема з діодів V2 і V4, котушок L4 і L5, змінного резистора R28 і мікроамперметра. Котушка L5 є датчиком, L6 – компенсаційна.
8. Вимірювання освітленості. Натиснута кнопка перемикача S9. Від плюса струм проходить через фоторезистор R31, змінний резистор R28, мікроамперметр на загальний провід. Змінним резистором встановлюється верхня межа освітленості.

3.2. Деталі метеостанції.
Силовий трансформатор Т1 виготовлений на осерді Ш 20х40 із сталі Э 310. Первинна обмотка для сітки з напругою 220 В містить 1720 витків проводу ПЭВ-2 діаметром 0,15 мм, вторинна – 2х51 виток проводу ПЭЛ діаметром 0,51 мм. Тут можна використати будь-який трансформатор потужністю не менше 10 ВА з напругою на вторинній обмотці 2х6,3 В. З промислових трансформаторів підійде ТН-12 при відповідному сполученні обмоток.
Вимикач S1 – тумблер ТВ1-2. Діоди випрямляча вибрані типу КД509А, можна використати будь-які випрамлювальні діоди, розраховані на випрамлений струм, не менший 20 мА, і зворотну напругу, не меншу 30 В, наприклад, Д226, Д237, Д223, КД105 і т.п. Стабілітрон V7 і V10 можна замінити на КС547А, транзистори V9, V11, V12 – на будь-які кремнійові або германійові транзистори структури n-p-n (КТ104, КТ201, МП36 і т.п.). Транзистор компенсаційного стабілізатора V8, крім КТ608Б, може бути типу КТ603Б, КТ815Б. Діоди V13 і V14можна замінити на Д9 з любою буквою або на Д311, ГД507, КД503.
Постійні резистори типів ВС, МЛТ на потужність розсіяння, вказану на схемі. Змінні резистори R2, R5, R17, R27 – типу СП-1, R9, R26, R28 – типу ППЗ-11. Перемикачі S3...S10 вибрані типу П2К без фіксації. Їх можна замінити тумблерами ТП2-1. Світлодіоди індикації напряму вітру, крім АЛ102Б, можуть бути типу АЛ301А, але опори резисторів R18...R25 необхідно змінити до 330 Ом. При відсутності світлодіодів можна використати мініатюрні лампи розжарення НСМ9-50. Електролітичні конденсатори можна використовувати типів К50-6, К50-16, К50-12. Конденсатор С5 типу МБМ.
Мікроамперметр РА1 використаний типу М906 чутливістю 100 мкА з опором рамки 730 Ом. Можна використовувати мікроамперметри М24, М265 або інші чутливістю 50...100 мкА. Розйоми Х2 і Х3 – типу РП14-30Л. Їх штепсельні частини монтуються на блоках станції, а розеточні сполучаються між собою 20-ти жильним кабелем.
В блоці датчиків встановлені терморезистор СТ3-12 (R29), фоторезистор ФСК-1 (R31), геркони КЭМ-2 і котушки L1...L5. Котушки використані від реле РСМ-2 з опором постійному струмові 550 Ом. В котушці L1 необхідно видалити якір. Постійні магніти – керамічні, діаметром 12 мм. Резистор дощоміра R30 являє собою корпус електролітичного конденсатора КЭ-2-М. З його ізолятора видаляється заклепка, в ізоляторі нарізається різьба М4 і в ньому вгвинчується алюмінієвий стержень діаметром 4 мм і довжиною 130 мм. Використовувати стержні з інших металів не можна, інакше при заповненні водою виникне електрорушійна сила, яка спотворить результати вимірювань.

3.3. Конструкція метеостанції.
Метеостанція змонтована в двох блоках – вимірювальному і блоці датчиків. Між собою блоки сполучаються 20-жильним кабелем. Довжина кабеля залежить від місць установки блоків. Якщо виявиться, що ця довжина перевищує 20 м, кабель бажано помістити в металевий екран для захисту від наводок з ліній електропередач і радіостанцій. Екран слід сполучати з контактом 5 розйому Х2. На принципіальній схемі таке сполучення умовно показане через контакт 7.
Вимірювальний блок виготовлений з фанери і має розміри 24х22х11 см3. На верхній кришці блока закріплені мікроамперметр, тумблер S1, перемикачі S3...S10, змінні резистори і світлодіоди. Змінні резистори втоплені під панель, і їх осі закриті пластиковою кришкою. При налагоджуванні метеостанції кришка знімається, і за допомогою викрутки встановлюються необхідні опори резисторів. Світлодіоди разом з резисторами R18...R25 змонтовані на окремій друкованій платі, яка знизу прикріплена до панелі. До дна блоку прикріплений силовий трансформатор і дві друковані плати. На одній з них змонтований випрямляч і параметричний стабілізатор, на другій – підсилювач і компенсаційний стабілізатор. Штепсельна частина розйому Х2 закріплена на задній стінці блока.
Шкала мікроамперметра залишена без змін. Для переводу показів мікроамперметра в значення метеофакторів використовується номограми.
Блок датчиків виготовлений з пластика, оскільки він знаходиться в несприятливих погодних умовах. Розміри блока 48х15х10 см3. Бокові стінки мають отвори для вентиляції блока, щоб температура і вологість повітря всередині були такими ж, як і зовні. На верхній стінці нанесена стрілка, за якою блок орієнтується в напрямі південь-північ. На цій же стінці закріплені гнізда дощоміра і підшипники флюгера і вітроміра. Знизу до верхньої стінки прикріплена плата з герконами. Фоторезистор монтується на північній стінці, щоб на нього не падали прямі промені сонця. Штепсельна частина розйому Х3 монтується на південній стінці. До нижньої стінки кріпиться плата, на якій змонтовані терморезистор, котушки L1...L5 і мембрана барометра з системою важелів.
Флюгер виготовлений за класичною схемою – стержень з оперенням. Вал флюгера обертається в підшипнику і нижнім кінцем опирається на кульку. До вала в середині блоку прикріплений пластмасовий диск, до якого прикріплений постійний магніт. Коли магніт знаходиться напроти гекона, його контакти замикаються, і у вимірювальному блоці засвічується відповідний світлодіод.
Вітромір має аналогічну будову. До верхньої частини вала прикріплена хрестовина з чотирма вітроприймачами (вінгротор). Така конструкція дозволяє вимірювати швидкість вітру незалежно від його напряму. До валу вітроміра кріпиться такий же диск з магнітом, як і у флюгера. При обертанні вінгротора магніт періодично проходить над котушкою L1 і наводить в ній імпульси е.р.с. індукції. Позитивні імпульси підсилюються підсилювачем і реєструються мікроамперметром.

3.4. Рекомендації щодо налагодження і експлуатації метеостанції.
Найбільш клопіткою роботою є градуювання шкал мікроамперметра. Наводимо деякі методи градуювання.
1. Контроль напруги. Замість резистора R6 ставлять змінний резистор опором 50...100 кОм. Вмикається вимірювальний блок і обертанням осі змінного резистора стрілка мікроамперметра встановлюється на поділку 65. Далі вимірюється опір резистора, і змінний резистор замінюється постійним такого ж опору.
2. Градуювання термометра. Терморезистор випаюється з монтажної плати і двома ізольованими провідниками довжиною приблизно 0,5 м приєднується до контактів 2 і 21 розеточної частини розйому Х3. Далі терморезистор поміщається на танучий лід, взятий з морозильної камери холодильника, і змінним резистором R2 стрілка мікроамперметра виводиться на поділку 40. Це буде умовний нуль температури. Для градуювання від’ємних температур терморезистор разом з термометром поміщається в морозильну камеру холодильника, який вмикають в сітку після розморожування, коли температура в камері відповідає кімнатній. Слідкуючи за стрілкою мікроамперметра, час від часу відкривають камеру холодильника і записують покази термометра. Так можна проградуювати вимірювач температури від +20?С до -18?С. За результатами можна побудувати градуювальний графік і екстраполювати його до -40?С. Для градуювання додатніх температур можна скористатись сушильною шафою. Після закінчення градуювання терморезистор встановлюється на своє місце і будується номограма.
3. Градуювання дощоміра. Спочатку резистором R9 стрілка мікроамперметра встановлюється на нульову поділку. Далі дощомір по вінця заповнюється дощовою водою, зібраною в чисту склянку або емальовану посудину (не з водостічних труб !), і резистором R5 стрілка встановлюється на поділку 100. Якщо глибина мірного стаканчика дощоміра менше 100 мм, то стрілка встановлюється на поділку, яка відповідає його глибині. Шкала дощоміра рівномірна. Водопровідну воду використовувати не можна, бо вона містить інші домішки.
4. Градуювання вітроміра. Для градуювання потрібна шкільна аеродинамічна труба і аеродинамічні терези.  Змінюючи частоту обертання пропелера аеродинамічної труби, фіксують покази аеродинамічних терезів і обчислюють швидкість потоку повітря за формулою
(3.1)
де F – покази терезів у Н, ? ? 1,29 кг/м2 – густина повітря, S – площа крила терезів у м2. Резистором R17 стрілку мікроамперметра встановлюють на поділку 100 для швидкості 20 м/с. Шкала швидкості вітру може бути нерівномірною, якщо амплітудна характеристика підсилювача нелінійна.
5. Вимірювач напряму вітру налагодження не потребує.
6. Градуювання гігрометра. Резистором R26 встановлюють стрілку мікроамперметра на поділку, яка відповідає фактичній відносній вологості повітря. Її визначають точним гігрометром або психрометром. Шкала рівномірна.
7. Градуювання вимірювача освітленості виконується за допомогою люксметра. Резистором R27 встановлюється стрілка на поділку 100 при освітленості 50000 лк. Шкала нерівномірна, тому градуювання треба провести як мінімум по 10 точках.
8. Градуювання барометра за показами лабораторного барометра може бути досить тривалим. Резистором R28 стрілка встановлюється на поділку 100 при тиску 800 мм рт.ст.
Найкращим місцем для установки блока датчиків є плоский дах школи. Блок встановлюється на стовпі висотою 2 м. Вимірювальний блок бажано розмістити на верхньому поверсі школи, це забезпечить мінімальну довжину кабеля.
Якщо дах школи похилий, блок датчиків встановлюється на коньку даху. Від слуховського віконечка до блоку треба покласти трап з поручнями, щоб можна було безпечно добиратись до нього.
Обслуговування блоку датчиків зводиться в основному до виливання води з дощоміра. Зимою можливе примерзання валів вітроміра і флюгера до захисних кришок підшипників. Періодично потрібно очищати віконечко фоторезистора від бруду і снігу.

Список використаної літератури
1. Валеваха В.О., Валеваха М.М. Моя професія – метеоролог. / К. – Радянська школа. – 1981. – 95 с.
2. Захарова А.Ф., Кравченко Н.Н. Руководство для выполненыя практических занятий по курсу метеорологии и климатологии. / Л. – Изд. Лен. ун-та. – 1967. – 72 с.
3. Колокольников А.М. Самодельные метеорологические приборы. / - М. – Изд. АПН РСФСР. – 1956. – 74 с.
4. Логинов К.Т. Динамическая метеорология. /Л. – Гидрометеоиздат. – 1952. – 148 с.
5. Любченко М.Г. Метеорологічні спостереження в школі. / К. – Радянська школа. – 1963. – 134 с.
6. Поріцький В.Т. Шкільна метеорологічна станція. / К. – Радянська школа. – 1953. – 118 с.
7. Пучков И.Н. Метеорологическая станция в сельской школе. / – М. – Просвещение. – 1964. – 46 с.
8. Рощин А.Н. Сам себе синоптик. / К. – Радянська школа. – 1983. – 206 с.
9. Соколова Е.Н. Домик погоды. / М. – Просвещение. – 1965. – 52 с.
10 Хромов С.П. Метеорология и климатология для географических факультетов. / Л. – ГИНИЗ. – 1964. – 500 с.
11. Кончаловский В.Ю., Купершмидт Я.А., Сиропятова Р.Я., Харченко Р.Р. Электрические измерительные преобразователи. / М. – Л. – Энергия. – 1967. – 408 с.
12. Электронные приборы для измерения неэлектрических величин. / М. – Л. – Энергия. – 1964. – 86 с.

 

Яндекс.Метрика >